(57)【要約】  本発明は、簡単な工程で、小型且つ検出感度の高い赤外線検出素子およびこれを備えた赤外線検出装置を提供することを課題とする。  この課題を解決する手段として、本発明の赤外線検出素子１は、赤外線の入射方向Ａと同方向に積層した複数層の焦電体層と、複数層の焦電体層間に積層した１層以上の中間電極層と、最も表側に位置する焦電体層の、表側に積層した表側電極層と、最も裏側に位置する焦電体層の、裏側に積層した裏側電極層と、備え、積層方向に隣接する２つの焦電体層は、分極方向が相互に逆方向となるように分極処理されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線の入射方向と同方向に積層した複数層の焦電体層と、
複数層の前記焦電体層間に積層した１層以上の中間電極層と、
最も表側に位置する前記焦電体層の、表側に積層した表側電極層と、
最も裏側に位置する前記焦電体層の、裏側に積層した裏側電極層と、備え、
表裏方向に隣接する２つの前記焦電体層は、分極方向が相互に逆方向となるように分極処理されていることを特徴とする赤外線検出素子。
【請求項２】
前記焦電体層は、強誘電体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項３】
請求項１に記載の赤外線検出素子と、
前記表側電極層、１層以上の前記中間電極層および前記裏側電極層に接続され、複数層の前記焦電体層における電荷の変化を検出する検出回路と、を備えたことを特徴とする赤外線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中間電極層を介して焦電体層を複数積層した赤外線検出素子およびこれを備えた赤外線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術として、複数の焦電体層および複数の内部電極（中間電極層）を交互に積み重ねて形成された積層体と、積層体の端面を赤外線受光面とし、赤外線受光面を挟んで複数の内部電極と接続されるように形成された一対の外部電極と、を備えた焦電型赤外線検出素子が提案されている（特許文献１参照）。
この赤外線検出素子は、予め一対の外部電極に電圧を印加することで、赤外線受光面に対して水平方向に分極処理が施され、赤外線受光面の表側に赤外線が入射すると、温度変化による焦電体層内の電荷の移動を電圧として検出する。この赤外線検出素子は、積層体の側面を赤外線の受光面とすることにより、受光面方向に積層体を切断する厚さを調整することで、簡単に比検出率を可変することができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０８２６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような赤外線検出素子は、複数の焦電体層および複数の内部電極が交互に積み重ねられた積層体の端面を赤外線受光面とする構成のため、積層体に積層方向と直交して外部電極を形成した後、素子（積層体）を積層方向と直交する方向に切断する工程が必要なため、素子が大型化しやすく、多数の薄膜の赤外線検出素子をマトリックス状に並べた素子アレイを必要とする赤外線検出装置（例えば、撮像装置等）には、このような大型の素子は不向きであるという問題がある。【０００５】
本発明は、簡単な工程で、小型且つ検出感度の高い赤外線検出素子およびこれを備えた赤外線検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の赤外線検出素子は、赤外線の入射方向と同方向に積層した複数層の焦電体層と、複数層の焦電体層間に積層した１層以上の中間電極層と、最も表側に位置する焦電体層の、表側に積層した表側電極層と、最も裏側に位置する焦電体層の、裏側に積層した裏側電極層と、備え、表裏方向に隣接する２つの焦電体層は、分極方向が相互に逆方向となるように分極処理されていることを特徴とする。【０００７】
上記の構成によれば、表裏を電極層で挟まれた焦電体層を複数有していることから、複数の赤外線検出素子が積層されたのと同様の構造となる。このため、それぞれの赤外線検出素子（表裏を電極層で挟まれた焦電体層）から赤外線の検出信号となる電荷が発生し、素子の面積（受光面の輪郭面積）を大きくすることなく、発生電荷を増大させることができる。よって、検出素子毎の赤外線検出信号が大きく、検出感度の高い赤外線検出素子を構成することができる。また、表裏方向（積層方向）に隣接する焦電体層を相互に逆方向となるように分極処理するため、隣接する２層の焦電体層間に形成された中間電極層が当該２層の焦電体層の共通の電極として機能することを可能にし、積層工程、材料および厚み方向のスペースを最小限に抑えながら検出感度の高い赤外線検出素子を提供することができる。さらに、全ての焦電体層および電極層が赤外線の入射方向に積層されているため、公知の成膜方法、例えばスパッタ法やＣＶＤ法等によって、比較的簡単な工程で赤外線検出素子を製造することができる。なお、分極処理は、電極間に電圧を印加することで実施されるが、この実施は、素子の製造途中或いは製造後のいずれであってもよい。【０００８】
この場合、焦電体層は、強誘電体で構成されていることが好ましい。【０００９】
上記の構成によれば、分極方向を容易に制御することができる。すなわち、強誘電体は、一度処理された分極方向を逆にすることができるため、積層された複数の焦電体層の分極方向を容易に且つ互い違いに制御することができる。【００１０】
本発明の赤外線検出装置は、上記の赤外線検出素子と、表側電極層、１層以上の中間電極層および裏側電極層に接続され、複数層の焦電体層における電荷の変化を検出する検出回路と、を備えたことを特徴とする。【００１１】
上記の構成によれば、積層された各焦電体層に発生した電荷の変化を検出し、小型で検出感度の高い赤外線検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】赤外線検出素子の模式断面図である。
【図２】赤外線検出素子の製造方法を示した模式断面図である。
【図３】の分極方向を示した図である。
【図４】第１焦電体層の残留分極値の測定結果を表す図である。
【図５】第２焦電体層の残留分極値の測定結果を表す図である。
【図６】赤外線検出素子の残留分極値の測定結果を表す図である。
【図７】電荷の変化を検出する検出回路を示す図である。
【図８】赤外線検出素子の変形例を示した模式断面図である。
【図９】赤外線検出素子の変形例に係る焦電体層の分極方向を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る赤外線検出素子およびこれを備えた赤外線検出装置について説明する。この赤外線検出素子は、赤外線入射による焦電体層の温度変化を電気信号として検出し、赤外線を検出するいわゆる焦電型赤外線検出素子である。特に、本実施形態の赤外線検出素子は、赤外線の入射による焦電体層の温度変化を、電荷の変化として検出する。また、本実施形態の赤外線検出装置は、実装時において多数の赤外線検出素子がマトリクス状に並べられ、この赤外線検出素子アレイが検出回路に接続されて構成されている。
【００１４】
図１に示すように、赤外線検出素子１は、シリコン基板で形成された基板部２と、基板部２上に電極層および焦電体層が複数積層されたセンサ形成部３とから成り、いわゆるメンブレン構造を有している。センサ形成部３は、対赤外線感度を有するセンサ部４と、センサ部４を支持すると共に絶縁体で構成された支持板部５（バッファ層）と、支持板部５上にパターニングされ、センサ部４から左右に延びる一対の配線部１０を有している。図示では省略したが、赤外線検出素子１は、上面視方形に形成されている。
【００１５】
基板部２は、支持板部５をエッチングストップ層として、シリコン基板を裏面側から深堀反応性エッチングして形成された中空部６と、シリコン基板の残余の部分である枠状の基板本体７と、を有している。中空部６は、センサ部４の直下にシリコン基板を配置しないことで、センサ部４から基板部２への熱伝導を最小限に抑えている（熱絶縁）。なお、中空部６は、犠牲層により形成することも可能である。
【００１６】
支持板部５は、熱伝導を極力抑えるべく薄膜に形成され、センサ部４を四周に亘って支持している。すなわち、センサ部４は、中空部６の直上に配置されている。そして、支持板部５上に形成された一対の配線部１０は、最終的に後述する検出回路３０に接続されている。支持板部５は、いわゆるビームに相当するものであり、センサ部４を１８０°点対称位置で支持する一対のアーム（ビーム）で構成してもよい。
【００１７】
センサ部４は、赤外線の入射を受ける受光面２０を有する表側電極層１１と、赤外線入射により温度上昇して電荷を発生する（電荷が変化する）第１焦電体層１２と、表側電極層１１に対し異極となる中間電極層１３と、第１焦電体層１２と同じく赤外線入射により電荷を発生する第２焦電体層１４と、中間電極層１３に対し異極となる裏側電極層１５とが、順に積層されている。なお、各層は、赤外線の入射方向Ａと同方向（表裏方向）に積層されている。そして、センサ部４は、薄膜に構成されているため、赤外線の入射による第１焦電体層１２および第２焦電体層１４の温度上昇（感度速度）は、ほぼ同時と考えてよい。
【００１８】
表側電極層１１は、その端が第１焦電体層１２および第２焦電体層１４の端を覆うように延び支持板部５に達する接続部１６で同極の裏側電極層１５と接続され、接続部１６から一方の配線部１０が連なっている。一方、中間電極層１３は、第２焦電体層１４の端を覆うように延び支持板部５上において、他方の配線部１０に連なっている。なお、図示では省略したが、支持板部５上に延びた一対の配線部１０は、上面視１８０°点対称となるように左右に伸びた細長状に形成されている。また、表側電極層１１および裏側電極層１５と、中間電極層１３とは、相互に電気的に導通しないよう配置されている。
【００１９】
このように、センサ部４は、異極の電極層が交互に積層され、この電極層の間に複数の焦電体層が積層された構造となっている。すなわち、センサ部４は、異極の電極層に表裏を挟まれた焦電体層が、２層積層されて構成されている。また、第１焦電体層１２および第２焦電体層１４は、当該２層に挟まれた中間電極層１３を共有している。
【００２０】
第１焦電体層１２および第２焦電体層１４は、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ＳＢＴ（ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９）、ＢＩＴ（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、ＬＴ（ＬｉＴａＯ３）、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）、ＢＴＯ（ＢａＴｉＯ３）、ＢＳＴ（ＢａＳｒＴｉＯ３）、ＰＴＯ（ＰｂＴｉｏ３）、ＴＧＳ等で構成されるが、特に、後述する分極処理を考慮して、強誘電体（例えば、ＢＴＯ（ＢａＴｉＯ３）、ＰＴＯ（ＰｂＴｉｏ３）、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３））を用いることが好ましい。そして、実施形態の各焦電体層は、０．２μｍ程度の厚みに形成されている。また、各焦電体層は、同一の材料でも、異なる材料で構成されていてもよい。
【００２１】
裏側電極層１５および中間電極層１３は、例えばＡｕ、ＳＲＯ、ＬＳＣＯ、Ｎｂ−ＳＴＯ、ＬＮＯ（ＬａＮｉＯ３）等で構成されている。この場合、裏側電極層１５上への第２焦電体層１４の成膜および、中間電極層１３上への第１焦電体層１２の成長を考慮し、裏側電極層１５および中間電極層１３は、結晶構造が各焦電体層と同一の材料とすることが好ましい。また、裏側電極層１５および中間電極層１３は、一般的なＰｔ、Ｉｒ、ＩｒＯｘ、Ｔｉ等で構成してもよい。
【００２２】
表側電極層１１は、受光面２０を有するため、なるべく赤外線の吸収率が高いものを用いることが好ましい。また、表側電極層１１は、裏側電極層１５および中間電極層１３と同一の材料で構成してもよいが、この場合には、表側電極層１１の受光面２０に、例えばＡｕ−Ｂｌａｃｋ等で構成された赤外線吸収層を別に設けることが望ましい。そして、実施形態の表側電極層１１、裏側電極層１５および中間電極層１３は、それぞれ０．１μｍ程度の厚みに形成されている。
【００２３】
図２を参照し、本実施形態の赤外線検出素子１の製造方法について説明する。先ず、シリコン基板上に支持板部５（バッファ層を含む）を介して、例えばスパッタ法により裏側電極層１５を成膜する（同図（ａ））。そして、フォトリソグラフィー技術およびエッチング等により、同図（ｂ）に示すように裏側電極層１５および一方の配線部１０をパターニングする。パターニングされた裏側電極層１５上に同様の手法で第２焦電体層１４を成膜し、センサ部４となる部分以外を除去する（同図（ｃ））。表出した裏側電極層１５、第２焦電体層１４および支持板部５上に、中間電極層１３および他方の配線部１０を、同様の手法で成膜およびパターニングする（同図（ｄ））。同様に、第１焦電体層１２および表側電極層１１を、成膜・パターニングする（同図（ｅ）および（ｆ））。このようにして、センサ部４を形成した後、例えば、ドライエッチングによりシリコン基板をエッチングして中空部６を形成する（同図（ｇ））。なお、支持板部５（バッファ層を含む）は、バッファ層として例えば焦電体層と結晶構造が似ているＹＳＺ、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳＴＯを含んでいても良い。
【００２４】
上記のように製造された赤外線検出素子１のセンサ部４に対して、第１焦電体層１２および第２焦電体層１４に分極処理を施す。この分極処理は、各焦電体層を挟む電極間に電圧を所定時間印加することで実施される。本実施形態では、赤外線検出素子１の製造が終了した後、一対の配線部１０の間に電圧を印加することで、第１焦電体層１２および第２焦電体層１４に分極処理を施す。この分極処理により、各焦電体層内の分極の向きが揃うが、表側電極層１１と裏側電極層１５とは接続部１６において導通しているため、例えば、表側電極層１１と裏側電極層１５に中間電極層に対して正の電圧を印加すると、図３（ａ）に示すように、第１焦電体層１２の分極方向は、表側電極層１１から中間電極層１３へ向かい、第２焦電体層１４の分極方向は、裏側電極層１５から中間電極層１３へ向かう。すなわち、各焦電体層の分極方向が相互に向かい合う方向となる。また、表側電極層１１および裏側電極層１５と、中間電極層１３と、に印加する電圧を逆にして、図３（ｂ）に示すような方向に分極方向を制御してもよい。つまり、第１焦電体層１２および第２焦電体層１４の分極方向は、中間電極層１３を介して、相互に逆方向となるよう分極処理を行う。
【００２５】
なお、本実施形態では、上記のように赤外線検出素子１の製造終了後に分極処理を行い、一度の分極処理で２層の焦電体層の分極方向を制御するようにしたが、赤外線検出素子１の製造途中に分極処理を行い、各焦電体層ごとに分極処理を施して分極方向を制御するようにしてもよい。
【００２６】
このように、同極の表側電極層１１および裏側電極層１５の間に、異極の中間電極層１３を配置することによって、中間電極層１３を介して隣接する第１焦電体層１２および第２焦電体層１４の分極方向を互いに逆方向となるように制御することができる。また、中間電極層１３が、第１焦電体層１２および第２焦電体層１４の共有の電極層となり、層数を最小限に抑えたセンサ部４を構成することができる。
【００２７】
続いて、図４ないし図６を参照し、赤外線検出素子１の残留分極値について説明する。この残留分極値の値は、分極処理を施した焦電体層について、外部の電界が０であるときの分極電荷を示している。また、この分極電荷は、赤外線検出素子１の赤外線の検出信号となる発生電荷に関係したものとなっている。
【００２８】
図４は、図３（ａ）に示す分極方向に分極処理を施した第１焦電体層１２単一の残留分極置の測定結果を示している。また、図５は、同様に分極処理を施した第２焦電体層１４単一の残留分極置の測定結果を示している。これら測定結果は、単一の焦電体層を有する赤外線検出素子と同様の積層構造の残留分極値を計測したものである。図示のように、第１焦電体層１２単一の残留分極値Ｑ１は、Ｑ１≒６．５であり、第２焦電体層１４単一の残留分極値Ｑ２は、Ｑ２≒１５である。
【００２９】
一方、図６は、同様に分極処理を施した本実施形態の赤外線検出素子１の残留分極値、すなわち、第１焦電体層１２と第２焦電体層１４とを並列に積層した積層構造の測定結果を示している。図示のように赤外線検出素子１の残留分極値Ｑ３は、Ｑ３≒２０である。
【００３０】
上記の測定結果から、Ｑ１＋Ｑ２≒Ｑ３であり、本赤外線検出素子１の分極電荷は、第１焦電体層１２単一の分極電荷と、第２焦電体層１４単一の分極電荷と、を合計した値に相当する。すなわち、赤外線検出素子１全体の分極電荷は、上記の通り相互に逆方向となるように分極方向を制御しているため、第１焦電体層１２と第２焦電体層１４とを積層しても、互いの分極電荷が相殺されず、２層分の分極電荷が発生していることを意味している。
【００３１】
電荷を増やすために、単一の焦電体層を有する赤外線検出素子を２つ平面に並べることが考えられるが、本赤外線検出素子１は、１つ分（１素子分）の赤外線受光面積で、多くの電荷を発生させることができるといえる。
【００３２】
続いて、図７を参照し、赤外線検出装置１００について説明する。赤外線検出装置１００は、上記した赤外線検出素子１に、センサ部４（焦電体層）の電荷の変化を検出する検出回路３０が接続された構成となっている。実際には、赤外線検出素子１を多数マトリクス状に連ねた素子アレイに、検出回路３０が配線を介して接続されている。検出回路３０は、赤外線検出素子１のセンサ部４から発生した電荷を電圧の変化として検出するスイッチドキャパシタ回路３２と、検出した電圧をサンプルリングして出力するサンプルホールド回路３３と、赤外線検出素子１へ入射する赤外線を変調するチョッパーを制御するタイミング生成回路３４と、を有している。
【００３３】
タイミング生成回路３４は、チョッパーを制御するために生成する矩形波信号に基づいて、サンプルホールド回路３３と、スイッチ３７と、にタイミング生成信号を出力している。
【００３４】
スイッチドキャパシタ回路３２は、オペアンプ３５、帰還コンデンサ３６およびスイッチ３７を有し、図７に示すように接続されている。赤外線検出素子１に発生した電荷は、赤外線検出素子１の静電容量をＣｐ、帰還コンデンサ３６の静電容量をＣｆとすると、単純計算で、Ｃｐ／Ｃｆ倍に電圧が増幅される。スイッチ３７は、タイミング生成回路３４により出力されるタイミング生成信号に同期して、オン／オフ動作が繰り返され、スイッチ３７がオフされている間に、帰還コンデンサ３６に蓄えられた電荷の電圧が検出され、スイッチ３７がオンされることで、次回の検出に備えて帰還コンデンサ３６の電圧を初期化する。
【００３５】
サンプルホールド回路３３は、断続的に検出される電圧の、ある瞬間の電圧を抜き出して検出（サンプリング）するものであり、検出の応答性に寄与する。このサンプリングのタイミングも、タイミング生成回路３４のタイミング生成信号に同期している。
【００３６】
検出回路３０は、タイミング生成回路３４に、制御されたチョッパーにより変調された赤外線が入射すると、周期的に温度が変化した第１焦電体層１２および第２焦電体層１４から電荷が発生（電荷量が変化）する。続いて、スイッチドキャパシタ回路３２により赤外線検出素子１の信号を増幅し、検出する。そして断続的に検出された電圧がサンプリングされて、電圧が出力される。この電圧の出力により、赤外線の入射の有無および量が検出されることになる。
【００３７】
この出力される電圧は、第１焦電体層１２および第２焦電体層１４から発生した電荷に応じたものであり、この電圧の違い、すなわち発生電荷の変化、から赤外線入射の有無および量を知ることができる。また、出力される電圧は、第１焦電体層１２および第２焦電体層１４から発生する電荷の量に比例するため、焦電体層から発生する電荷が多ければ、出力される電圧も大きくなる。すなわち、上述したように、赤外線の入射量（赤外線受光面の面積）に対して、多くの電荷を発生させる本発明の赤外線検出素子１は、出力する電圧も大きく、僅かな赤外線の入射量の違いも、また、僅かな量の赤外線の入射も、大きな電圧差で出力することができる。このため、非常に感度のよい赤外線検出装置１００を提供することができる。
【００３８】
以下、図８および図９を参照し、本実施形態に係る赤外線検出素子１の変形例について説明する。本変形例の赤外線検出素子１は、上記した本実施形態のセンサ部４において、焦電体層と中間電極層とが、１層ずつ多く積層された構成となっている。
【００３９】
図８に示すように、本変形例のセンサ部４は、赤外線が入射する受光面２０を有する表側電極層１１と、第１焦電体層１２と、第１中間電極層１３と、第２焦電体層１４と、第２中間電極層１７と、第３焦電体層１８と、裏側電極層１５と、が順に積層されている。表側電極層１１は、その端が第１焦電体層１２および第２焦電体層１４の端を覆うように延び第１接続部２１で同極の第２中間電極層１７と接続され、第１接続部２１から一方の配線部１０が連なっている。一方、第１中間電極層１３は、第２焦電体層１４および第３焦電体層１８の端を覆うように延び支持板部５に達する第２接続部２２で、他方の配線部１０に連なっている。なお、図示では省略したが、上述の基本例と同様、支持板部５上に延びた一対の配線部１０は、上面視１８０°点対称となるように左右に伸びた細長状に形成されている。また、表側電極層１１および第２中間電極層１７と、第１中間電極層１３および裏側電極層１５とは、相互に電気的導通しないよう配置されている。
【００４０】
基本例の赤外線検出素子１と同様、本変形例の赤外線検出素子１に対し分極処理を施す。本変形例では、赤外線検出素子１の製造が終了した後、一対の配線部１０の間に電圧を印加することで、第１焦電体層１２、第２焦電体層１４および第３焦電体層１８に分極処理を施す。この分極処理により、図９に示すような方向に分極方向が制御される。すなわち、各焦電体層の分極方向が各中間電極層を介して相互に逆方向となるように、分極処理される。なお、各焦電体層の分極方向は、同図（ａ）および（ｂ）に示すどちらの方向であってもよい。
【００４１】
なお、上記のように分極処理を赤外線検出素子１の製造終了後に行い、一度の分極処理で３層の焦電体層の分極方向を制御するようにしても、赤外線検出素子１の製造途中に分極処理を行い、各焦電体層ごとに分極処理を施して分極方向を制御するようにしてもよい。
【００４２】
本変形例の赤外線検出素子１は、表裏を電極で挟まれた焦電体層が３層積層された構造となっており、さらに、分極方向を互い違いに制御することで、センサ部４から発生する電荷をより多くすることができる。すなわち、同じ赤外線受光面積で、より多くの（３層分の）発生電荷を得ることができるため、赤外線の詳細な入射量の違いを検出することができ、小型で検出感度のより高い赤外線検出装置１００を提供することができる。なお、さらに焦電体層および電極層を積層し、センサ部４の焦電体層を４層以上有した構成としてもよい。
【００４３】
これまで詳述したような、赤外線検出素子１およびこれを備えた赤外線検出装置１００によれば、複数の焦電体層を電極層で挟んで積層し、さらに、積層方向に隣接した焦電体層の分極方向を互いに異なる方向に制御するため、小さい赤外線受光面積で、多くの電荷を有した赤外線検出素子１を構成することができる。この多くの電荷を有した赤外線検出素子１により、赤外線の入射による電荷の変化から赤外線を検出するため、僅かな赤外線の入射、赤外線の入射量の違いも、大きな電荷の変化量として捕らえることができ、非常に感度の高い赤外線検出装置１００を提供することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  赤外線検出素子                    ２  フレーム部
１１  表側電極層                      １２  第１焦電体層
１３  中間電極層                      １４  第２焦電体層
１５  裏側電極層                      ３０  検出回路
１００  赤外線検出装置
【図１】
2011111099.tif 000003
【図２】
2011111099.tif 000004
【図３】
2011111099.tif 000005
【図４】
2011111099.tif 000006
【図５】
2011111099.tif 000007
【図６】
2011111099.tif 000008
【図７】
2011111099.tif 000009
【図８】
2011111099.tif 000010
【図９】
2011111099.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月20日(2011.7.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線の入射方向と同方向に積層した複数層の焦電体層と、
複数層の前記焦電体層間に積層した１層以上の中間電極層と、
最も表側に位置する前記焦電体層の、表側に積層した表側電極層と、
最も裏側に位置する前記焦電体層の、裏側に積層した裏側電極層と、を備え、
表裏方向に隣接する２つの前記焦電体層は、分極方向が相互に逆方向となるように分極処理され、前記複数の焦電体層は、前記中間電極層を共有して並列に接続され、
且つ前記複数層の焦電体層の分極電荷を合計して、検出用の発生電荷としていることを特徴とする赤外線検出素子。
【請求項２】
前記焦電体層は、強誘電体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の赤外線検出素子。
【請求項３】
請求項１に記載の赤外線検出素子と、
前記表側電極層、１層以上の前記中間電極層および前記裏側電極層に接続され、複数層の前記焦電体層における前記発生電荷の変化を検出する検出回路と、を備えたことを特徴とする赤外線検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
とする赤外線検出装置（例えば、撮像装置等）には、このような大型の素子は不向きであるという問題がある。
［０００５］
本発明は、簡単な工程で、小型且つ検出感度の高い赤外線検出素子およびこれを備えた赤外線検出装置を提供することを課題とする。
課題を解決するための手段
［０００６］
本発明の赤外線検出素子は、赤外線の入射方向と同方向に積層した複数層の焦電体層と、複数層の焦電体層間に積層した１層以上の中間電極層と、最も表側に位置する焦電体層の、表側に積層した表側電極層と、最も裏側に位置する焦電体層の、裏側に積層した裏側電極層と、を備え、表裏方向に隣接する２つの焦電体層は、分極方向が相互に逆方向となるように分極処理され、複数の焦電体層は、中間電極層を共有して並列に接続され、且つ複数層の焦電体層の分極電荷を合計して、検出用の発生電荷としていることを特徴とする。
［０００７］
上記の構成によれば、表裏を電極層で挟まれた焦電体層を複数有していることから、複数の赤外線検出素子が積層されたのと同様の構造となる。このため、それぞれの赤外線検出素子（表裏を電極層で挟まれた焦電体層）から赤外線の検出信号となる電荷が発生し、素子の面積（受光面の輪郭面積）を大きくすることなく、発生電荷を増大させることができる。よって、検出素子毎の赤外線検出信号が大きく、検出感度の高い赤外線検出素子を構成することができる。また、表裏方向（積層方向）に隣接する焦電体層を相互に逆方向となるように分極処理するため、隣接する２層の焦電体層間に形成された中間電極層が当該２層の焦電体層の共通の電極として機能することを可能にし、積層工程、材料および厚み方向のスペースを最小限に抑えながら検出感度の高い赤外線検出素子を提供することができる。さらに、全ての焦電体層および電極層が赤外線の入射方向に積層されているため、公知の成膜方法、例えばスパッタ法やＣＶＤ法等によって、比較的簡単な工程で赤外線検出素子を製造することができる。なお、分極処理は、電極間に電圧を印加することで実施されるが、この実施は、素子の製造途中或いは製造後のいずれであってもよい。
［０００８］
この場合、焦電体層は、強誘電体で構成されていることが好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
［０００９］
上記の構成によれば、分極方向を容易に制御することができる。すなわち、強誘電体は、一度処理された分極方向を逆にすることができるため、積層された複数の焦電体層の分極方向を容易に且つ互い違いに制御することができる。
［００１０］
本発明の赤外線検出装置は、上記の赤外線検出素子と、表側電極層、１層以上の中間電極層および裏側電極層に接続され、複数層の焦電体層における発生電荷の変化を検出する検出回路と、を備えたことを特徴とする。
［００１１］
上記の構成によれば、積層された各焦電体層に発生した電荷の変化を検出し、小型で検出感度の高い赤外線検出装置を提供することができる。
図面の簡単な説明
［００１２］
［図１］赤外線検出素子の模式断面図である。
［図２］赤外線検出素子の製造方法を示した模式断面図である。
［図３］各焦電体層の分極方向を示した図である。
［図４］第１焦電体層の残留分極値の測定結果を表す図である。
［図５］第２焦電体層の残留分極値の測定結果を表す図である。
［図６］赤外線検出素子の残留分極値の測定結果を表す図である。
［図７］電荷の変化を検出する検出回路を示す図である。
［図８］赤外線検出素子の変形例を示した模式断面図である。
［図９］赤外線検出素子の変形例に係る焦電体層の分極方向を示した図である。
発明を実施するための形態
［００１３］
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る赤外線検出素子およびこれを備えた赤外線検出装置について説明する。この赤外線検出素子は、赤外線入射による焦電体層の温度変化を電気信号として検出し、赤外線を検出するいわゆる焦電型赤外線検出素子である。特に、本実施形態の赤外線検出素子は、赤外線の入射による焦電体層の温度変化を、電荷の変化として検出する。また、本実施形態の赤外線検出装置は、実装時において多数の赤外線検出素子がマトリクス状に並べられ、この赤外線検出素子アレイが検出回路に接続されて構成されている。
【国際調査報告】
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